Automatisering van een Positron-emissie tomografie (PET) Radiotracer synthese Protocol voor klinische productie

Summary

Positron-emissie tomografie (PET) imaging sites die bij meerdere vroege proeven van het klinisch onderzoek betrokken zijn moet robuust en veelzijdig radiotracer productie mogelijkheden. Met behulp van de radiotracer [¹⁸F] Clofarabine als voorbeeld illustreren we hoe te automatiseren de synthese van een radiotracer met behulp van een flexibele, cassette gebaseerde radiosynthesizer en valideren van de synthese voor klinisch gebruik.

Abstract

De ontwikkeling van nieuwe positron-emissie tomografie (PET) traceurs is het inschakelen van onderzoekers en clinici om het imago van een steeds breder scala aan biologische doelstellingen en processen. Echter, het toenemende aantal verschillende traceurs maakt uitdagingen voor hun productie op radiopharmacies. Terwijl historisch al het praktische te wijden een radiosynthesizer maat geconfigureerd en hete cel voor de herhaalde productie van elke individuele tracer, is het steeds noodzakelijk deze werkstroom wijzigen. Recente commerciële radiosynthesizers op basis van wegwerp cassettes/kits voor elke tracer vereenvoudigen de productie van meerdere traceurs met één set van apparatuur door eliminerend de behoefte aan aangepaste tracer-specifieke wijzigingen. Bovendien kunnen sommige van deze radiosynthesizers de exploitant te ontwikkelen en optimaliseren van hun eigen protocollen van de synthese naast de aankoop van commercieel beschikbare kits. In dit protocol, wij beschrijven de algemene procedure voor hoe de handmatige synthese van een nieuwe PET-tracer op één van deze radiosynthesizers kan worden geautomatiseerd en gevalideerd voor de productie van klinische-grade verklikstoffen. Als voorbeeld, gebruiken we de ELIXYS radiosynthesizer, een flexibele cassette gebaseerde radiochemie tool die ondersteunen kan zowel PET tracer ontwikkelingsinspanningen, evenals de productie van routinematige klinische sonde op hetzelfde systeem, om te produceren [¹⁸F] Clofarabine ([ ¹⁸ F] CFA), een huisdier tracer te meten in vivo deoxycytidine kinase (dCK) enzymactiviteit. Vertalen van een handmatige synthese gaat afbreken van het synthetische protocol in fundamentele radiochemie processen die worden vervolgens vertaald in intuïtieve chemie "bewerkingen" ondersteund door de software synthesizer. Deze operaties kunnen vervolgens snel worden omgezet in een geautomatiseerde synthese-programma door het assembleren met de drag-and-drop interface. Na het testen van de basis, de synthese en zuivering procedure kan het nodig van optimalisatie te bereiken van de gewenste opbrengst en zuiverheid. Zodra de gewenste prestaties is bereikt, wordt een validatie van de synthese uitgevoerd om te bepalen van de geschiktheid ervan voor de productie van de radiotracer voor klinisch gebruik.

Introduction

Een toenemende matrix van biologische doelstellingen dynamisch kan worden gevisualiseerd in levende onderwerpen via de moleculaire beeldvorming modaliteit PET. PET biedt in vivo tests van specifieke biologische, biochemische en farmacologische processen met behulp van specifieke radiotracers (moleculen aangeduid met radionucliden positron-emitting) die worden ingespoten in het onderwerp voorafgaand aan¹imaging. Het toegenomen gebruik van huisdier te bestuderen van een breed scala aan deze processen in basiswetenschap en klinisch onderzoek^2,3,4, en in de ontdekking, ontwikkeling en klinische gebruik van drugs in patiëntenzorg^{5, 6}, leidt tot een groeiende vraag naar gevarieerde radiotracers^7,8. Om te voorkomen dat blootstelling van de radiochemicus en ervoor te zorgen een reproduceerbare productie van deze kortstondige verklikstoffen, worden ze meestal geproduceerd met behulp van een geautomatiseerde radiosynthesizer die in een "hete cel". Recente radiosynthesizers gebruiken een wegwerp-cassette/kit architectuur ter vereenvoudiging van de taak van het voldoen aan klinisch-grade productie waarbij ook de flexibiliteit om te bereiden meerdere soorten radiotracers door simpelweg omwisselen van cassettes⁹ . In de vroege stadia van de klinische zijn er echter meestal geen verkrijgbare cassettes/kits voor het uitvoeren van de geautomatiseerde radiosynthesis; Bijgevolg, worstelen PET drug productiefaciliteiten voor het aanpassen van de systemen voor de uitvoering van cGMP-grade tracer productiecapaciteiten binnen een passende termijn en tegen een redelijke prijs. Dus hebben radiosynthesizers ontwikkeld dat de cassette/kit architectuur met functies combineren voor het vergemakkelijken van de ontwikkeling en de optimalisatie van de verklikstoffen.

De ELIXYS FLEX/CHEM (ELIXYS) is een voorbeeld van een flexibele cassette gebaseerde radiosynthesizer met een brede reagens, oplosmiddel en reactie temperatuur compatibiliteit¹⁰. Het heeft drie schepen van de reactie en gebruikt een robotachtige mechanisme dynamisch configureren van de vloeistof weg als vereist door een bepaalde synthese protocol¹¹. De synthesizer software voorziet in de oprichting van synthese programma's (reeksen) verschillende traceurs door slepen en neerzetten, Bewerkingen zoals Trap isotoop Elueer isotoop, Toevoegen reagens, reageren, en verdampen¹². Elke eenheid bewerking heeft een scala aan programmeerbare parameters beschikbaar aan de exploitant, zoals duur, temperatuur, of onder inert gas rijden druk (Druk). Door het begrijpen van de aard van elke actie van de eenheid, een handmatige synthese kan gemakkelijk worden omgezet in een reeks van bewerkingen en vervolgens tijdens de optimalisatie van het protocol¹³worden gewijzigd. In combinatie met de ELIXYS PURE/FORM module, kan het geïntegreerde systeem een geautomatiseerde zuivering en de formulering van de PET-tracer ook uitvoeren. Met behulp van deze radiosynthesizer, hebben we eerder gemeld de geautomatiseerde synthese van 24 verschillende ¹⁸F-geëtiketteerden verklikstoffen en prosthetic groepen^11,14,15,16, als evenals de geautomatiseerde enzymatische radiofluorination van biomoleculen¹⁷, door simpelweg het veranderen van reagentia en niet de configuratie van het systeem. Anderen hebben aangetoond dat de geautomatiseerde synthese van [¹⁸F] RO6958948 voor de beeldvorming van tau neurofibrillary klitten¹⁸, de geautomatiseerde synthese van de prosthetic groep [¹⁸F] F-Py-TFP met een latere labeling van peptiden¹⁹ , en de geautomatiseerde synthese van [¹⁸F] AM580 voor de beeldvorming van fosfodiësterase 10a (PDE10A)²⁰. Bovendien verschillende groepen hebben aangetoond de productie van verklikstoffen geschikt voor klinisch gebruik, met inbegrip van 4-[¹⁸F] Fluorobenzyl-bijvoorbeeld ([¹⁸F] FBnTP) voor de beeldvorming van de mitochondriale membraan potentiële²¹, [ ¹⁸ F] DCFPyL voor de beeldvorming van de membraan van de prostaat specifiek antigeen (PSMA)²², en [¹⁸F] THK-5351 voor de beeldvorming van tau²³.

In deze paper, we gebruiken onze ervaring met [¹⁸F] CFA om te illustreren hoe een handmatige radiosynthetic-procedure kan worden eenvoudig en snel vertaald in een geautomatiseerde synthese geschikt voor routinematige productie cGMP-richtlijnen. De tracer [¹⁸F] CFA is ontworpen voor de beeldvorming van dCK activiteit. De handmatige radiosynthesis [¹⁸F] CFA werd oorspronkelijk beschreven door Shu et al. ²⁴ als een procedure met behulp van twee schepen van de reactie, tussenliggende silica cartridge zuivering en een definitieve HPLC zuivering stap (Zie Aanvullend materiaal, deel 1 voor details). Recent in vitro en preklinische studies hebben aangetoond de uitzonderlijke specificiteit van deze tracer te dCK, en eerste-in-menselijke studies hebben aangetoond gunstige ook²⁵. Er is een onmiddellijke belangstelling voor bredere schaal klinische studies om de gevoeligheid van [¹⁸F] te bevestigen CFA-huisdier variaties in dCK activiteit en een op langere termijn belang hebben bij de mogelijke klinische toepassingen van deze tracer²⁶. Het kan een nuttige biomarker voor therapieën die leiden tot T-cel activatie, DNA-schade veroorzaken of dCK-afhankelijke nucleoside analoge prodrugs afhankelijk zijn. In het bijzonder [¹⁸F] CFA kunnen de gelaagdheid van patiënten voor een eventuele reactie op behandeling met Clofarabine. [¹⁸F] CFA kan ook vergemakkelijken de studie en de ontwikkeling van dCK remmers die naar klinische proeven rukken. Aangezien deze tracer heeft traditioneel handmatig is gesynthetiseerd, bevorderen van al deze studies vereist een betrouwbare, geautomatiseerde synthese van [¹⁸F] CFA geschikt voor klinisch gebruik.

Hoewel we eerder gemeld een geautomatiseerde synthese van [¹⁸F] CFA voor preklinische studies¹⁶, dit protocol bouwt verder op deze inspanningen en een beschrijving van de aanvullende wijzigingen die nodig zijn voor de klinische productie van deze tracer, met inbegrip van de integratie van de volautomatische reiniging en formulering, protocol validatie en kwaliteitscontrole tests. De algemene procedures die hier worden beschreven zijn niet beperkt tot de ontwikkeling van een geautomatiseerd en klinisch-geschikt synthese van [¹⁸F] CFA maar kan worden gegeneraliseerd op een eenvoudige manier om geautomatiseerde syntheses geschikt voor klinisch gebruik van andere radiotracers gemarkeerd met fluor-18.

Protocol

1. algemene Procedure voor de automatisering en de validatie van een Radiosynthesis Protocol voor klinische productie

1. Analyseren van de subsidiabiliteit van de handmatige synthese regeling voor klinische productie
   1. Uitvoeren van risico-analyse van besmetting van het product met alle ongewenste residuele chemicaliën.
      1. Vermijd klasse 1 oplossingsmiddelen zoals benzeen en vervang ze door geschikte alternatieve oplosmiddelen (klasse 2 of klasse 3).
      2. Vermijd chemische stoffen die moeilijk op te sporen in de uiteindelijke formulering als potentiële resterende onzuiverheden zou worden.
      3. Kies alleen chemische stoffen die zijn commercieel verkrijgbaar in hoge zuiverheid rang (de USP of voldoen. grade gewenst) en zijn voorzien van een certificaat van analyse.
   2. Verfijn de synthese-regeling als ongewenste chemicaliën of oplosmiddelen worden gedetecteerd door de risicoanalyse en herhaal punt 1.1 tot geen blijven.
2. Automatiseren van het protocol van de synthese
   1. Als een geautomatiseerde protocol voor de tracer met behulp van de dezelfde synthesizer reeds is gemaakt en geüpload een online databank, download een kopie van het programma synthese.
   2. Als een geautomatiseerde synthese-programma niet bestaat nog, maken.
      1. Met behulp van papier en pen, verdeel de handmatige synthese in op hoog niveau stappen (bijvoorbeeld drogen/activeren [¹⁸F] fluoride, Verwarming om een radiochemische reactie, uitvoeren van een zuivering, enz.). Verdere afbraak de op hoog niveau stappen in discrete, fundamentele processen die nodig zijn. Als voorbeeld, de regeling van de synthese van [¹⁸F] CFA is afgebeeld in Figuur 1, de identificatie van de high-level stappen is weergegeven in figuur 2A, en de verdeling in processen is vermeld in figuur 2B.
      2. Met behulp van papier en pen, toe te wijzen aan elk proces de operaties van de individuele eenheid verstrekt door de software synthesizer. Als voorbeeld, een analyse van de toewijzing van fundamentele processen in de synthese van [¹⁸F] CFA met geschikte eenheid verrichtingen in de synthesizer software¹³ wordt weergegeven in figuur 2C.
      3. Met behulp van de programmeerinterface van radiosynthesizer, een leeg programma maken en elk van de geïdentificeerde bewerkingen in volgorde toevoegen door te klikken op de Menu knop (links boven) en sequentieste selecteren en vervolgens te klikken op de Nieuw Reeks knop. Voor elke eenheid bewerking geïdentificeerd in stap 1.2.2.2, sleept u de werking van de eenheid van de beschikbare bewerkingen naar de filmstrookweergave en klik of type om de gewenste waarde voor elke parameter van de werking van de eenheid in te vullen. Figuur 3 toont een voorbeeld van de interface wanneer alle bewerkingen te synthetiseren [¹⁸F] CFA hebben is gevuld, en de gebruiker heeft geselecteerd de eerste reageren eenheid operatie voor het bewerken van de parameterwaarden. Het programma van de laatste synthese voor [¹⁸F] CFA is beschreven in het Aanvullend materiaal, Tabellen S1 en S2.
   3. Controleer of het programma synthese.
      1. Het uitvoeren van een droge run. Instellen en uitvoeren van het programma zoals in stappen 2.1-2.3, met alle reagentia en de oplosmiddelen dan de radionuclide (bijvoorbeeld [¹⁸F] fluoride) om te controleren of de verwachte gedrag.
      2. Pas indien nodig de eenheid operatie parameterwaarden in het programma (bijvoorbeeld de tijd of de drijvende druk om volledig een reagens, de tijd/temperatuur te verdampen van een oplosmiddel om de gewenste niveau, etc.), en opnieuw testen. Als wilt aanpassen parameterwaarden, eerst terug naar de bewerkingsmodus door sequenties te kiezen in het hoofdmenu (links boven) en selecteer het zojuist gemaakte programma. Vervolgens klikt u op over de werking van de gewenste eenheid in de filmstrookweergave (onderin het scherm), ga naar de gewenste parameter en selecteer of typ de nieuwe waarde.
   4. Het uitvoeren van een lage-activiteit (< 370 MBq) test uitvoeren om te evalueren van het programma.
      1. Optimaliseer de geautomatiseerde synthese door parameterwaarden ter verbetering van het rendement, synthese tijd, herhaalbaarheid en eventuele andere gewenste meetbaar resultaat aan te passen.
3. Ontwikkelen van de kwaliteitscontrole (QC) testprocedures
   1. Met behulp van een niet-radioactieve verwijzing van het eindproduct en voorbeelden van potentiële chemische onzuiverheden, ontwikkelen een analytische radio-HPLC en/of radio-dunne-laag chromatografie (radio-TLC) methode met voldoende scheiding van soorten voor de bepaling van chemische zuiverheid, molaire activiteit radiochemische zuiverheid en radiochemische identiteit. Valideren van de analytische methode (n) voor de herhaalbaarheid en de lineariteit en de grenzen van de detectie en kwantificering te bepalen.
   2. Ook ontwikkelen en valideren van een gaschromatografie-methode voor het analyseren van vluchtige verontreinigingen (bijvoorbeeld, verschilbedragen van oplosmiddelen die worden gebruikt tijdens de synthese).
   3. Ontwikkelen en valideren van de analytische tests waarmee de opsporing en kwantificering van andere potentiële onzuiverheden (bvcryptand 222 via de standaardkleur spot test).
   4. Gebruik de standaardprocedures voor de bepaling van de steriliteit, pH, radiochemische identiteit, radiochemische zuiverheid, radioactiviteit concentratie, product volume en endotoxine niveaus.
4. Synthese te valideren
   1. Standard operating procedures (SOP's) vast voor de synthese en QC testprocedures en integreren van een materialen en apparatuur trackingsysteem voldoet aan de huidige goede productie praktijken (cGMP) eisen.
   2. De procedures van de synthese via drie onafhankelijke en opeenvolgende productie op de dezelfde niveaus van radioactiviteit loopt die bestemd is voor klinische productie volgend op de standaardwerkvoorschriften valideren. Noteer het synthese prestaties en resultaten van het testen van QC.
   3. Alle opeenvolgende validatie wordt uitgevoerd moeten de vooraf ingestelde QC grenzen passeren. Voert een validatie mislukt, herhaal het hele validatieproces na het op de juiste manier aanpakken van de oorzaak van de storing.

2. voorbeeld: Geautomatiseerde synthese van [¹⁸F] CFA voor klinisch gebruik

1. Voorbereiden van de radiosynthesizer
   1. Zet de radiosynthesizer.
   2. Zorgen voor de levering van inert gas met voldoende druk is ingeschakeld en dat de nodige kleppen open zijn, zodat de radiosynthesizer is verbonden met de gasvoorziening.
   3. Installeer nieuwe wegwerp cassettes in Reactor #1 en #2 posities en invoegen reactie vaartuigen met magnetische roer bars. Ervoor zorgen dat elke cassette verbindingsleiding duik recht naar beneden gericht is.
   4. Reagens flesjes te bereiden en installeer hen in de cassettes volgens het diagram in Figuur 4.
   5. Installeren van een lege [¹⁸O] H₂O herstel flacon in de W1 -positie van de Cassette #1.
   6. Activeren van een cartridge quaternaire methylammonium (QMA) door eerste passeren van 12 mL van een 1 M KHCO₃ oplossing erdoor, gevolgd door 12 mL gedeïoniseerd water. Voorwaarde een cartridge silica Sep-Pak door het passeren van 5 mL ethylacetaat erdoorheen.
   7. Sluit de cartridges en maak alle aansluitingen voor de buis van cassette zoals weergegeven in figuur 5A. Controleer of dat geen cassette buis (met inbegrip van niet-gebruikte buizen) in het interieur hangt, waar het met robotachtige bewegingen interfereren kan.
   8. Verbinden met de bronregel voor [¹⁸F] fluoride uit het cyclotron de [¹⁸F] fluoride invoerregel op Cassette #1.
   9. Zorg ervoor dat de afval container leeg is. Afval lijnen van de plaats van het subsysteem "zuivering/formulering" naar de afval container (d.w.z., voorbeeldlijn lus 1 afval, HPLC subsysteem afval lijn, en de spuit pomp afval lijn).
   10. Verbinding maken met de HPLC-lijningangen. Plaats HPLC mobiele fase input lijn "A" in een container van 25 mM ammoniumacetaat en HPLC mobiele fase invoerregel "B" in een container van EtOH.
   11. Equilibreer de zuivering/formulering subsysteem en de HPLC-kolom.
       1. Open de afstandsbediening-pagina voor de zuivering/formulering module in de software door HPLC in het hoofdmenu (links boven) te selecteren. Standaard zal al het tabblad zuivering worden geselecteerd. (Deze pagina is weergegeven in Figuur 6.)
       2. Het debiet ingesteld op 5,0 mL/min naar de gedefinieerde oplosmiddel samenstelling en kies welke kolompositie kolom van de zuivering is geïnstalleerd in. Zet de pomp van de HPLC in de isocratic modus voor minstens 10 min.
       3. Spoel de productlijn en alle leidingen van de collectie van de breuk met de mobiele fase, elk voor 1 min.
       4. Spoel elke HPLC monster loop en HPLC monster lus overdracht buizen met 10 mL van de mobiele fase met behulp van een injectiespuit.
   12. Sluit de zuivering/formulering subsysteem spuit pomp lijningangen. Gebruik geconcentreerde natriumchloride (90 mg/mL) voor de Elute -lijn en 0,9% zout voor de lijn reconstrueren .
   13. Het subsysteem "formulering" prime.
       1. Ga naar het tabblad van de formulering van de zuivering/formulering controle pagina.
       2. Selecteer om prime de geconcentreerde natriumchloride (90 mg/mL), de Elute -tab. pers initialiseren voor het initialiseren van de spuitpomp. Afzien van 5 mL.
       3. Selecteer om de zoutoplossing 0,9% prime, de reconstrueren tab. afzien 5 mL.
   14. Verbinding maken met de Product en eindproduct lijnen vanaf de voorkant van het subsysteem "zuivering/formulering" in een T-verbinding. Sluit de uitgang van de T-verbinding naar een steriele filter (0,22 µm) die op zijn beurt is aangesloten op de flacon van steriele eindproduct. Plaats een vent naald met een steriel filter in de headspace van het eindproduct-flacon. Een foto van de definitieve systeeminstallatie is afgebeeld in figuur 5B.
   15. Droogijs en EtOH of MeOH toevoegen aan de koude val.
2. Voer het programma synthese
   1. Navigeer naar de lijst van programma's door het selecteren van sequenties van het hoofdmenu knop (links boven). Selecteer het programma van de CFA-[¹⁸F] en start het programma door op de knop uitvoeren .
   2. Zorgvuldig doorlopen van elk item op de vooraf uitvoeren controlelijst en ze afvinken als ze zijn voltooid. Deel van het scherm vooraf uitvoeren controlelijst is afgebeeld in Figuur 7.
   3. Druk op Doorgaan om te bevestigen dat de installatie is voltooid en veroorzaken de geautomatiseerde synthese te beginnen.
      1. Indien gewenst, controleren de synthese in real-time via visuele feedback (reactor camera's), de sensor lezingen (bijvoorbeeld temperatuur, druk, vacuüm, straling lezing, etc.) en de aftelproceduretijdopnemers. Een representatieve screenshot is afgebeeld in Figuur 8.
      2. Selecteer tijdens het zuivering eenheid Product wanneer het product piek is begonnen om te verschijnen op het chromatogram van straling detector. Een representatieve screenshot tijdens de werking van deze eenheid (die bevatten een chromatogram van de UV-detector en straling detector uitgang) wordt weergegeven in Figuur 9.
      3. Zodra de straling detector chromatografische piek is teruggekeerd naar de basislijn, selecteert u afval om af te leiden van het pad van de stroom van het HPLC-subsysteem aan de afval container.
3. Instellen en uitvoeren van het programma van de formulering
   1. Open de lijst met programma's (reeks scherm), de [¹⁸F] CFA-formulering programma.
   2. Aanpassen van de parameters van de werking van de eenheid formulering.
      1. Bereken het volume van de verzamelde product breuk (V_breuk) op basis van het debiet van HPLC pomp en de duur van de breuk-collectie.
      2. Bereken de hoeveelheid extra natriumchloride (90 mg/mL) vereist voor het bereiken van isotonicity en berekenen van de hoeveelheid extra zout nodig om te verdunnen de EtOH concentratie minder dan 10%.
      3. Het programma met deze waarden te wijzigen. Het volume van natriumchloride (90 mg/mL) wordt ingevoerd voor de stap van de Elute en de hoeveelheid zoutoplossing wordt ingevoerd voor de stap reconstrueren . (Berekeningen) worden beschreven in het Aanvullend materiaal, Figuur S2.
      4. Sla het programma op.
   3. Voer het programma. Het systeem verdunt de verzamelde gezuiverde product breuk met natriumchloride en saline leveren door een steriliserende filter in de flacon steriele product te waarborgen van de isotonicity van de formulering.
4. Verzamel geformuleerd [¹⁸F] CFA voor kwaliteitscontrole en verzending
   1. De geformuleerde [¹⁸F] CFA-product verwijderen uit de hete cel.
   2. Met behulp van steriele technieken, trekken twee monsters (300 µL) voor het uitvoeren van kwaliteitscontrole tests.
   3. Gebruik in het eerste voorbeeld om te testen voor de steriliteit van de definitieve formulering door het enten vloeibare thioglycolaat media en al soja bouillon voor 14 d zonder inachtneming van de eventuele groei.
   4. Gebruik het tweede monster uit te voeren van kwaliteitscontrole volgens de procedures ontwikkeld in stap 1.3. De procedures die zijn vastgesteld bij de UCLA Ahmanson biomedische Cyclotron faciliteit overeenkomstig de Amerikaanse Farmacopee worden hieronder beschreven.
      1. Uiterlijk beoordelen door visuele inspectie.
      2. PH met een indicator papier te beoordelen.
      3. Beoordeling van bacteriële endotoxinen inhoud met behulp van een kinetische chromogenic bacteriële endotoxinen Test (inzet).
      4. Beoordelen radiochemische identiteit met analytische radio-HPLC door te controleren of de co elutie van het radioactief monster en een niet-radioactieve verwijzing samengestelde.
      5. Beoordelen radiochemische zuiverheid met analytische radio-HPLC door vergelijking van het gebied onder de curve (AUC) van radioactieve onzuiverheden in het chromatogram van gamma-detector met de AUC overeenkomt met het gewenste product.
      6. Chemische zuiverheid met analytische HPLC beoordelen aan de hand van de AUC in het chromatogram UV-detector voor alle UV-active onzuiverheden.
      7. Molaire activiteit en vervoerder massa met analytische radio-HPLC beoordelen aan de hand van de AUC overeenkomt met het gewenste product in het chromatogram UV-detector.
      8. De halfwaardetijd van de sonde door haar activiteiten op twee verschillende tijdstippen te meten en een verval curve passend te beoordelen.
      9. Het beoordelen van het resterende gehalte aan oplosmiddelen van de formulering met behulp van gaschromatografie.
      10. Beoordelen van de radionuclide energie met behulp van een gamma spectrometer.
      11. Beoordeling van de inhoud van de cryptand 222 met behulp van een TLC gebaseerde spot test.
   5. Als alle tests doorgeeft, laat de sonde formulering voor verzending naar de klinische beeldvorming site.
5. Na run en systeem afsluiten
   1. Spoel de HPLC-kolom zuivering en alle buizen gebruikt voor product collectie met 70% (v/v) EtOH in water. Dit moet gebeuren met de PURE/formulierbesturingselement pagina, vergelijkbaar met stap 2.1.12.
   2. Sluit de radiosynthesizer via de Power -knop op de software. Een pop-upvenster zal aangeven wanneer de macht aan het systeem kan worden uitgeschakeld.
   3. Uitschakelen van de gecomprimeerde lucht en inert gas leveringen door het sluiten van de kleppen van de passende uitschakeling.
   4. Voldoende tijd voor de resterende radioactiviteit in de hete cel verval (meestal 's nachts).
6. Reinigen van de radiosynthesizer
   1. Verwijderen en verwijdering van alle cassettes, cartridges, reactor flesjes en reagens flesjes gebruikt tijdens de synthese.
   2. Verwijder de inhoud van de koude val.
   3. Reinig de zuivering subsysteem vloeistof paden.
      1. Open een bestaand schoonmaak programma of maak een nieuw programma waarin één bewerking van de eenheid van de zuivering in het reinigen modus (dat wil zeggen, met de Clean checkbox geselecteerd). Zie Aanvullend materiaal, Figuur S9 voor een voorbeeld.
      2. Op de parameter configuratiepagina, selecteer de kolom die werd gebruikt voor de zuivering en de HPLC mobiele fase input lijn die is verbonden met een fles bevattende 70 gewichtspercenten EtOH in water. Programma een debiet van 2 mL/min, een spoeldouche duur voor elke injectie lus van 5 min en een spoeldouche duur voor elk product en breuk output van 30 s. Selecteer Droge lijnen en program een duur van 30 s.
      3. Plaats alle breuk lijn uitgangen in een grote afval container.
      4. Voer het programma.
      5. Na voltooiing, leeg de afval container.
   4. Reinig de formulering subsysteem vloeistof paden.
      1. Open een bestaand programma of maak een nieuw programma waarin één bewerking van de eenheid van de formulering in het reinigen modus (dat wil zeggen, met de Clean checkbox geselecteerd onder het tabblad Clean ). Zie Aanvullend materiaal, Figuur S10 voor een voorbeeld.
      2. Vul het reservoir van een schone verdunning (aan de voorkant van het subsysteem "zuivering/formulering") met 100 mL EtOH.
      3. Plaats de zuivering/formulering subsysteem Elute invoerlijn in een EtOH reservoir (met > 50 mL EtOH).
      4. Plaats de lijningangen spoelen en reconstrueren in een afvalcontainer naast de uitvoerregel eindproduct.
      5. Voer het programma.
      6. Na voltooiing, leeg de afval container.

Representative Results

Een methode voor het automatiseren van de productie van [¹⁸F] CFA werd ontwikkeld en drie validatie partijen waren gesynthetiseerd. Synthese, zuivering en formulering van [¹⁸F] CFA werd bereikt in 90 ± 5 min (n = 3) en de niet-tandbederf-gecorrigeerde radiochemische opbrengst was 8.0 ± 1,4% (n = 3). De opbrengsten van de activiteit van de drie runs werden 3.24 GBq, 2,83 GBq en 3,12 GBq, vanaf 34.3 GBq, 41.8 GBq en 41.1 GBq, respectievelijk. De verkregen [¹⁸F] CFA-formuleringen voorbij alle kwaliteitscontrole tests (tabel 1). De geautomatiseerde protocol wordt momenteel gebruikt voor de productie van klinische-grade [¹⁸F] CFA ter ondersteuning van klinische proeven.

Kwaliteitscontrole gegevens	Validatie uitvoert 1	Validatie lopen 2	Validatie 3 uitvoeren
[behoefte "Pass"]
Uiterlijk	Pass	Pass	Pass
[Schakel, kleurloze, vrij van deeltjes]
Radioactiviteit concentratie bij EOS	213 MBq/mL	210 MBq/mL	180 MBq/mL
[≤ 740 MBq/mL @ EOS]
pH	6	5.8	6
[5.0-8.0]
Half-Life	115 min	108 min	112 min
[105-115 min]
Radiochemische zuiverheid	99%	99%	99%
[> 95%]
Radiochemische identiteit door relatieve retentietijd (RRT)	1.01	1.01	1.01
[1,00 < RRT < 1.10]
Molaire activiteit	314 GBq/µmol	> 370 GBq/µmol	> 370 GBq/µmol
[≥ 3.7 GBq/µmol]
Drager van de totale massa in het eindproduct	3.1 µg	< 1 µg	< 1 µg
[≤ 50 µg/dosis]
Totale onzuiverheid massa in eindproduct	ND	ND	ND
[≤ 1 µg / dosis]
Maximale toegestane geïnjecteerde volume op basis van de drager van de totale massa van niet meer dan 50 µg/dosis en totale onzuiverheid massa ≤ 1 µg/dosis	Hele partij	Hele partij	Hele partij
Restgehalte EtOH door GC	8,90%	9,50%	9.60%
[≤ 10%]
EtOAc restgehalte door GC	< 1 ppm	< 1 ppm	< 1 ppm
[≤ 5000 ppm]
Acetonitril restgehalte door GC	< 1 ppm	< 1 ppm	< 1 ppm
[≤ 410 pag/min]
Residuele K222 door color spot test	Pass	Pass	Pass
[< 50 µg Mo/mL]
Filter membraan integriteit test	Pass	Pass	Pass
[bubble punt ≥ 50 psi]
Bacteriële endotoxines	Pass	Pass	Pass
[≤ 175 EU/batch]
Radiochemische zuiverheid gamma spectroscopie	Pass	Pass	Pass
[> 99,5%]
Steriliteit	Pass	Pass	Pass
[USP < 71 > voldoen]

Tabel 1: kwaliteitscontrole (QC) testgegevens samenvatting voor drie validatie batches. EOB = einde van bombardementen; EOS = einde van synthese; ND = niet gedetecteerd.

Figuur 1: [¹⁸F] CFA-radiosynthesis regeling. MMT = Monomethoxytrityl. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2: vertaling van een handmatige synthese in een automatische opeenvolging van bewerkingen. (A) dit paneel geeft een overzicht van de stappen die op hoog niveau in de handmatige synthese van [¹⁸F] CFA. (B) dit paneel toont de elementaire procedures nodig om elke van de op hoog niveau stappen uit te voeren. (C) Radiosynthesizer-specifieke bewerkingen gebruikt voor het uitvoeren van de elementaire procedures worden weergegeven als kaarten. Elke eenheid bewerking heeft een eigen set van parameterwaarden (afgebeeld als onderstreepte) die zijn geconfigureerd met behulp van de software. De notatie "R1" en "R2" geven de reactie schepen #1 en #2, respectievelijk. De reagentia die overeenkomt met de reagens nummers zijn aangegeven in Figuur 4. De reeks bewerkingen wordt opgeslagen als een reeks en uitgevoerd door de software voor het uitvoeren van de automatisch synthese. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 3: Screenshot van de radiosynthesizer (ELIXYS) software-interface om een synthese programma. Bewerkingen worden geplaatst in de gewenste volgorde in de Filmstrip met behulp van een drag-and-drop interface. In dit screenshot, een eenheid reageren operatie is geselecteerd en de bewerkbare parameterwaarden in het grootste deel van het scherm worden weergegeven. In dit voorbeeld zal de fluorering reactie plaatsvinden in het reactievat #1 (verzegeld) bij 120 ° C gedurende 10 minuten met actieve roeren. Het vaartuig zal worden afgekoeld tot 35 ° C na de reactie tijd is verstreken. Details van parameterwaarden die kunnen worden geprogrammeerd voor andere bewerkingen worden weergegeven in het Aanvullend materiaal, sectie 3. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4: Screenshot van het reagens Configuratiescherm. Voor de reeks [¹⁸F] CFA-synthese, alle reagentia in wegwerp cassette #1, die gemarkeerd wordt weergegeven in het onderdeel selectiegebied geladen. Voor de [¹⁸F] CFA-synthese die hier worden beschreven, eluens is 1,0 mg K₂CO₃ + 5,0 mg K222 in 0.4 mL H₂O/0.5 mL acetonitril, voorloper is 6 mg CFA-precursor in 0,6 mL acetonitril, en HPLC mobiele fase is 85:15 v /v 25 mM ammonium acetaat: ethanol. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 5: Radiosynthesizer set-up voor de synthese van [¹⁸F] CFA. (A) Dit is een schema met cassette vloeistof paden, verbindingen met cartridges en de verbinding met de overdracht van ruwe eindproduct van de radiosynthesis module om de module reiniging/formulering. (Beide modules worden geregeld met één computer en software interface.) (B) Dit is een foto van de radiosynthesizer in een hete cel na de voorbereiding [¹⁸F] CFA-synthese. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 6: Screenshot van de zuivering/formulering module-besturingsinterface. Dit scherm wordt benaderd door de exploitant aan de HPCL-samenstelling en formulering subsystemen handmatig kan instellen tijdens de installatie van de synthese. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 7: vooraf run controlelijst scherm. De exploitant voert het seriële getal van de cassettes geïnstalleerd in het systeem en elk item om ervoor te zorgen het systeem correct is geconfigureerd en voorbereid voor de synthese moet afvinken. Naast deze secties, de exploitant is ook gevraagd om een naam en beschrijving van de synthese uitvoeren (afdeling 1) en veel nummers voor alle gebruikte reagentia (sectie 2) en wordt gevraagd om te controleren of alle reactor video-feeds zijn correct (afdeling 6). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 8: Screenshot van de software van de radiosynthesizer terwijl het runnen van de [¹⁸F] volgorde voor de synthese van de CFA-. De software weergegeven de volgorde van de bewerkingen in de filmstrip-gebied. Voltooide concrete acties zijn grijs en wit gemarkeerd, de huidige bewerking is gemarkeerd in het grijs en aankomende activiteiten worden weergegeven in donkergrijs. Het midden gebied van het scherm toont de status van de operatie active eenheid, met inbegrip van welke subopdracht wordt uitgevoerd, evenals de huidige status van het systeem (reactor video-feeds en sensorgegevens). Deze bijzondere reageren werking is de fluorering reactie. Op het gebied van Temp , wordt de huidige temperatuur van de reactor weergegeven naast het doel (geprogrammeerd) temperatuur. Onder dit, heeft de activiteit gebied worden weergegeven aan de straling sensor-waardes uit de drie sensoren die zijn gekoppeld aan de reactiestap. Tot slot, een video-feed aan de linkerkant toont een actuele weergave van de flacon van de reactor. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 9: Screenshot van de radiosynthesizer-gebruikersinterface tijdens het uitvoeren van de operatie van de zuivering eenheid tijdens de synthese van [¹⁸F] CFA. De UV-detector en straling detector uitgangen van de zuivering/formulering-module worden weergegeven op de centrale grafiek in real time. Extra feedback van de detectoren en HPLC pomp worden weergegeven aan de rechterkant van het scherm. De exploitant verzamelt de piek product tijdelijk Product selecteren wanneer de piek begint te lijken en schakel vervolgens terug naar afval na de volledige piek geconstateerd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Dit protocol bepaalt welke basisstappen bij het automatiseren van een handmatige synthese-protocol moeten worden gehouden om de productie van klinische rang tracer formulering. De hele ontwikkelingscyclus, inclusiefontwikkeling van de kwaliteitscontrole, wordt geïllustreerd door de radiotracer [¹⁸F] CFA (voor de beeldvorming van dCK activiteit). Bijzondere aandacht ging naar de geautomatiseerde synthese wijzigen om ervoor te zorgen de tracer de geschiktheid voor klinisch gebruik. De synthese met zich meebrengt fundamentele processen zoals de activering van [¹⁸F] fluoride, radiofluorination van de voorloper molecuul, tussentijdse cartridge zuivering, bescherming-groep verwijdering, en semi-preparatieve HPLC zuivering en formulering voor injectie. Deze basisprocessen bestaan uit een standaard repertoire dat voldoende is voor de synthese van de overgrote meerderheid van ¹⁸F-geëtiketteerden PET verklikstoffen.

Terwijl het ontwerpen van de synthese, is de keuze van reagentia en hun kwaliteitsborging van bijzonder belang voor klinisch gebruik. Zorgen voor de juiste programmering en goede verbindingen door het uitvoeren van een mock synthese (alleen oplosmiddelen) is noodzakelijk om te elimineren onverwachte fouten wanneer de synthese is uitgevoerd met radioactiviteit. De daaropvolgende synthese optimalisaties (oplosmiddelen, volumes, hoeveelheden, temperaturen, reactietijden en zuivering voorwaarden) is afhankelijk van de specifieke PET tracer in ontwikkeling. Tijdens deze experimenten, moet bijzondere aandacht worden scheen op de chemische en radiochemische zuiverheid van het eindproduct die kan worden bereikt, zoals deze moeten voldoen aan strenge eisen voor klinisch gebruik. Een synthese die betrouwbaar een puur product lager maar voldoende activiteit rendementen produceert is meestal voorkeur over een hoog-opbrengt proces dat een risico is te mislukken sporadisch. Zodra de synthese adequaat is geoptimaliseerd, moet het laatste proces ondergaan validatietests uit (een reglementair vereiste) om klinische geschiktheid. De gevalideerde synthese-methode kan vervolgens worden gebruikt voor de productie van de PET-tracer voor klinisch gebruik. Wanneer een huisdier tracer volgens een gevalideerde methode synthese, moet de standaardwerkvoorschriften grondig worden gevolgd. Om ervoor te zorgen dat, is de software geprogrammeerd om de operator bevestigen de voltooiing van belangrijke stappen via een vooraf uitvoeren controlelijst na het klikken op uitvoeren om te beginnen de synthese. Terwijl het systeem de synthese op een geautomatiseerde wijze uit te voeren zal, vereist de zuivering stap manuele interventie. De exploitant moet daarom nauw observeren de chromatografische scherm tijdens de HPLC-zuivering en handmatig invoeren in real-time wanneer naar start en stop het verzamelen van de Fractie van het product.

Binnen onze automatisering en optimalisatie inspanningen voor de synthese van de CFA-[¹⁸F], hebben we gestroomlijnd de semi-preparatieve zuivering HPLC-methode van het mengsel van het product met behulp van een injecteerbare oplosmiddel systeem bestaande uit ammonium acetaat oplossing en EtOH ; onze vorige methode vereist een extra stap te wisselen van het oplosmiddel na zuivering¹⁶. De volgende formulering proces, dus moet alleen verminderen de EtOH inhoud van de verzamelde Fractie om toleranties, en om haar isotonicity, die beide kunnen worden bereikt door verdunning. De formulering stap werd uitgevoerd met behulp van een tweede programma dat bestaat uit een enkele formulering eenheid bewerking toe variabele volume toevoegingen van NaCl-oplossingen aan het gezuiverde product fractie via de module van de formulering ter verantwoording voor de variabele het volume wordt verkregen na zuivering van HPLC. Als het volume van de breuk verzamelde product is ingesteld op constante in plaats daarvan, kan de werking van de eenheid formulering worden opgenomen in het programma van de belangrijkste synthese, het vermijden van de behoefte aan een onafhankelijk programma. Een alternatieve benadering om te voorkomen dat handmatige interventie zou moeten gebruiken van de volledige functionaliteit van de formulering module (bijvoorbeeldde gezuiverde tracer met water verdund, val op een C18 solid-phase extraction cartridge, wassen, het Elueer met een vaste hoeveelheid EtOH en ten slotte, Verdun het met een vaste hoeveelheid zoutoplossing).

De techniek die hier gepresenteerd voor automatiseren en valideren van een synthese protocol voor klinische gebruik beoogt te zijn vrij algemeen. Door de keuze van radiosynthesizer (ELIXYS), kan een breed scala van syntheses worden geautomatiseerd en gevalideerd. Dit omvat complexe 3-pot syntheses, of waarbij hoge temperaturen van vluchtige oplosmiddelen syntheses. Optimaliseren van een synthese kan worden bereikt door het veranderen van de parameters van het softwareprogramma. De synthesizer heeft functies voor het controleren van de impact van veranderingen, zoals plaatsbepaling van de vaartuigen van de reactie voor de verwijdering van monsters voor radio-TLC of radio-HPLC analyse. Echter zonder wijzigingen van het systeem, het systeem momenteel niet mogelijk is om de behandeling van zeer lage reagens volumes (~ 5-20 µL), tussenproduct distillatie, of de behandeling van [¹⁸F] AlF, ⁶⁸Ga, of andere radiometals. Als de handmatige synthese worden geautomatiseerd bevat dergelijke stappen, maar ze kunnen niet worden omzeild, automatisering en validatie met een ander radiosynthesizer platform kunnen worden gehouden.

Hoewel dit werk heeft gericht op de ontwikkeling van een protocol voor de geautomatiseerde productie van [¹⁸F] CFA voor klinisch gebruik, de synthese van vele andere PET traceurs kan worden geautomatiseerd op een manier die geschikt is voor de productie van de klinische, volgt dezelfde logica en methoden. Naar aanleiding van de methode die hier gepresenteerd, hebben we ook de geautomatiseerde synthese van 9 - aangepast (4-[¹⁸F] fluoro - 3-[hydroxymethyl] butyl) guanine ([¹⁸F] FHBG) en het gevalideerd voor klinisch gebruik. Gebruiker in de Gemeenschap gevestigde protocollen kunnen worden geüpload naar en van het SOFIE Probe netwerk, een webportal voor het delen van synthese programma's gedownload en bijbehorende documentatie onder verschillende Radiofarmacie sites²⁷. Dit kan voorkomen dat een verdubbeling van de inspanningen in de Gemeenschap en multi centrum klinische studies met betrekking tot huisdier imaging vergemakkelijken.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
ELIXYS FLEX/CHEM	Sofie (Culver City, CA, USA)	1010001	Radiosynthesizer
Radiosynthesizer cassette	Sofie (Culver City, CA, USA)	1861030400	Cassette for ELIXYS FLEX/CHEM
ELIXYS PURE/FORM	Sofie (Culver City, CA, USA)	1510001	Radiosynthesizer purification module
[O-18]H2O	IBA RadioPharma Solutions (Reston, VA, USA)	IBA.SP.065	>90% isotopic purity
[F-18]fluoride in [O-18]H2O	UCLA	N/A	Produced in a cyclotron (RDS-112; Siemens; Knoxville, TN, USA) by the (p,n) reaction of [O-18]H2O. Bombardment at 11 MeV using a 1 mL tantalum target with havar foil.
Deionized water	UCLA	N/A	Purified to 18 MΩ and passed through 0.1 µm filter
Acetonitrile (MeCN)	Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)	271004	Anhydrous, 99.8%
Ethanol (EtOH)	Decon Laboratories, Inc. (King of Prussia, PA, USA)	2701	Anhydrous, 200 proof
Sodium hydroxide (NaOH) solution	Merck (Burlington, MA, USA)	1.09137.1000	1M solution
Hydrochloric acid (HCl) solution	Fisher Chemical (Hampton, NH, USA)	SA48-500	1M solution
Ethyl acetate (EtAc)	Fisher Chemical (Hampton, NH, USA)	E195SK-4	HPLC grade
Sodium chloride (NaCl)	Fisher Chemical (Hampton, NH, USA)	S-640-500	USP grade
Ammonium acetate	Fisher Chemical (Hampton, NH, USA)	A639-500	HPLC grade
Potassium carbonate (K2CO3)	Fisher Chemical (Hampton, NH, USA)	P-208-500	Certified ACS
CFA precursor	CalChem Synthesis (San Diego, CA, USA)	N/A	Custom synthesis
Cryptand 222 (K222; Kryptofix 2.2.2)	ABX Advanced Biochemical Compounds (Radeberg, Germany)	800.1000	>99%
Sodium chloride (NaCl) solution (saline)	Hospira (Lake Forest, IL, USA)	0409-4888-02	0.9%, for injection, USP grade
Silica cartridge	Waters (Milford, MA, USA)	WAT051900	Sep-pak Classic
Quaternary methylammonium (QMA) cartridge	Waters (Milford, MA, USA)	WAT023525	Sep-pak Light Plus
Sterile syringe filter (0.22 µm)	Millipore Sigma (Burlington, MA, USA)	SLGSV255F	Millex-GV
Glass V-vial (5 mL)	Wheaton (Millville, NJ)	W986259NG	Used for reaction vessels
Septa	Wheaton (Millville, NJ)	224100-072	Used for reagent vials
Crimp cap	Wheaton (Millville, NJ)	224177-01	Used for reagent vials
Amber serum vial (2 mL)	Voigt (Lawrence, KS, USA)	62413P-2	Used for reagent vials
Magnetic stir bar	Fisher Scientific (Hampton, NH, USA)	14-513-65	Used for reaction vessels